3) Ученые

В декабре 1951 г. в лаборатории электросистем Энергетического института (ЭНИН) АН СССР под руководством члена-корреспондента АН СССР И. С. Брука был выпущен научно-технический отчет "Автоматическая цифровая вычислительная машина (М-1)", утвержденный 15 декабря 1951 г. директором ЭНИН АН СССР академиком Г. М. Кржижановским. Это был первый в СССР научный документ о создании отечественной ЭВМ. Машина успешно прошла испытания и была переведена в режим эксплуатации для решения задач как в интересах ученых своего института, так и сторонних организаций. Начало исследовательских работ И. С. Брука по проблеме ЦВМ относится к 1948 г. Он первым в СССР (совместно с Б. И. Рамеевым) разработал проект цифровой ЭВМ с жестким программным управлением. Свидетельство об изобретении на "ЦВМ с общей шиной" было получено ими в декабре 1948 г.

	И. С. Брук

Постановление Президиума АН СССР о начале разработки М-1 вышло 22 апреля 1950 г. После этого И. С. Брук получил возможность сформировать коллектив разработчиков. Первым в команду был принят Н. Я. Матюхин, молодой специалист, только что окончивший радиотехнический факультет Московского энергетического института. Вот отрывок из воспоминаний Николая Яковлевича:

"Я хочу оживить картинки нашей деятельности под руководством Исаака Семеновича, передать атмосферу тех лет.Формирование группы и начало работ над АЦВМ-М1 - 1950 год. Брук набирает на РТФ МЭИ команду молодых специалистов. Нас семеро: два младших научных сотрудника (А. Б. Залкинд и Н. Я. Матюхин), два дипломника (Т. М. Александриди и М. А.Карцев), три техника (Ю. В. Рогачев, Р. П. Шидловский, Л. М. Журкин). Первое задание Исаака Семеновича мне - построить ламповый диодный трехвходовой сумматор (проверка моей пригодности). Второе задание - спроектировать типовой рабочий стол. Третье задание мне, как руководителю группы, - разработка АЦВМ-1. Серьезные трудности при проектировании и реализации АЦВМ создавало почти полное отсутствие комплектующих изделий. Исаак Семенович нашел оригинальный выход, использовав имущество со складов военных трофеев. В результате в основу проекта М-1 были положены следующие идеи и трофеи: сочетание малой номенклатуры компонентов самого разного происхождения; всего два типа электронных ламп - 6Н8 и 6АG7; купроксы от измерительных приборов; магнитные головки от бытового магнитофона; электронно-лучевые трубки от осциллографа; телетайп из генштаба вермахта. О стиле руководства Исаака Семеновича Брука: полнейшая увлеченность главным направлением, оптимизм и уверенность в получении конечного результата; глубокое понимание цели, простота и образность аргументации; никаких разносов по поводу неудач; "импульсная подкачка" самостоятельной работы; уважительное отношение к исполнителям; никаких кабинетных разговоров, а разбор прямо на рабочем месте; полнейшая доступность и непринужденность при обсуждении любых вопросов.

И. С. Брук имел, как говорят, трудный характер, видел в людях либо только достоинства, либо только недостатки, к тому же обладал исключительным остроумием. Поэтому его рассказы о своих коллегах и научных противниках служили для всех нас постоянным источником развлечения". Основные идеи, положенные в основу построения АЦВМ-1, были выдвинуты И. С. Бруком. Далее они вместе с Н. Я. Матюхиным разрабатывали структуру и состав будущей машины, ее основные характеристики и конкретные решения многих технических вопросов. В дальнейшем Н. Я. Матюхин при активной поддержке И. С. Брука практически выполнял обязанности главного конструктора. АЦВМ-1 включала в свой состав арифметическое устройство, главный программный датчик (устройство управления), внутреннюю память двух видов (быструю - на электростатических трубках и медленную - на магнитном барабане), устройство ввода-вывода с использованием телеграфной буквопечатающей аппаратуры.

Основные характеристики М-1:

Система счисления - двоичная.

Количество двоичных разрядов - 25.

Объем внутренней памяти: на электростатических трубках - 256 адресов, на магнитном барабане - 256 адресов. Быстродействие: 20 оп/с с медленной памятью; с быстрой памятью операция сложения выполнялась за 50 мкс, операция умножения - за 2000 мкс.

Количество электронных ламп - 730.

Потребляемая мощность - 8 кВт.

Занимаемая площадь - 4 кв. м.В процессе проектирования и разработки М-1 были предложены и реализованы принципиально новые технические решения, в частности, двухадресная система команд, нашедшая впоследствии широкое применение в отечественной и зарубежной вычислительной технике.

	Вот она какая - первая российская ЭВМ

Впервые в мировой практике создания ЭВМ логические схемы в машине М-1 строились на полупроводниковых элементах - малогабаритных купроксных выпрямителях КВМП-2-7, что позволило в несколько раз сократить количество электронных ламп в машине и значительно уменьшить ее размеры. Проектные и конструкторские работы по созданию АЦВМ-1 начались летом 1950 г. в трудных условиях, так как выполнялись как инициативные, при ограниченных средствах, без специальных помещений (М-1 была построена и эксплуатировалась в подвале), разработки велись силами очень небольшого коллектива молодых специалистов, которые, однако, работали с большим энтузиазмом. Разработка арифметического устройства и системы логических элементов выполнялась Н. Я. Матюхиным и Ю. В. Рогачевым, разработка главного программного датчика - М. А. Карцевым и Р. П. Шидловским, запоминающего устройства на магнитном барабане - Н. Я. Матюхиным и Л. М. Журкиным, запоминающего устройства на электростатических трубках - Т. М. Александриди, устройства ввода-вывода - А. Б. Залкиндом и Д. У. Ермоченковым, разработка системы электропитания - В. В. Белынским, конструкции - И. А. Кокалевским.

Комплексную отладку машины и отработку технологии программирования и тестирования возглавил Н. Я. Матюхин.

Осенью 1951 г. закончились работы по настройке М-1. К декабрю того же года машина успешно прошла комплексные испытания и была передана в эксплуатацию. Ознакомиться с работой АЦВМ-1 приезжали видные ученые, в том числе академики А. Н. Несмеянов, М. А. Лаврентьев, С. Л. Соболев, А. И. Берг.

Одним из первых на М-1 решал задачи по ядерным исследованиям академик С. Л. Соболев, бывший в то время заместителем директора по научной работе в институте И. В. Курчатова.

Н. Я. Матюхин вспоминает: "Вместе с Исааком Семеновичем мы обучали академика Соболева основам программирования на М-1. После прохождения на машине ряда задач мы стали ощущать реальную поддержку Бороды (прозвище Курчатова) и его незнакомого для нас ведомства".

Три года машина М-1 находилась в эксплуатации и первые полтора года оставалась единственной в Российской Федерации действующей ЭВМ. Она была изготовлена в одном экземпляре, но ее архитектура и многие принципиальные схемные решения были приняты в дальнейшем за основу при разработке серийных машин М-3, "Минск", "Раздан" и др. Полная техническая документация на М-3 (главный конструктор Н. Я. Матюхин) была передана в Китайскую Народную Республику, где с 1954 г. началось ее серийное производство. Создатели машины М-1 - первой российской ЭВМ - стали крупными специалистами в области вычислительной техники и внесли значительный вклад в ее развитие, возглавляя различные научные, учебные и производственные коллективы. Так, например, Николай Яковлевич Матюхин (1927-1984) впоследствии стал членом-корреспондентом АН СССР, доктором технических наук, профессором, главным конструктором вычислительных средств для системы ПВО СССР в Научно-исследовательском институте автоматической аппаратуры. Созданными под его руководством вычислительными комплексами было оснащено около 150 объектов Вооруженных сил СССР, многие из которых функционируют до сих пор. Михаил Александрович Карцев (1923-1983) также стал доктором технических наук, профессором, главным конструктором вычислительных средств для системы предупреждения о ракетном нападении (СПРН). Он - основатель и первый директор НИИ вычислительных комплексов (НИИВК). Созданные под его руководством сверхбыстродействующие многопроцессорные ЭВМ успешно функционируют в составе СПРН и в настоящее время. Труд создателей М-1 был высоко оценен - им были присвоены ученые степени и почетные звания, присуждением государственные награды.

М-2 была разработана в Лаборатории электросистем Энергетического института АН СССР (с 1957 г. - Лаборатория управляющих машин и систем АН СССР, с 1958 г. - Институт электронных управляющих машин) под руководством члена-корреспондента АН СССР И. С. Брука. В группу, работавшую над М-2, входили на разных этапах от 7 до 10 инженеров: М. А. Карцев, Т. М. Александриди, В. В. Белынский, А. Б. Залкинд, В. Д. Князев, В. П. Кузнецова, Ю. А. Лавренюк, Л. С. Легезо, Г. И. Танетов, А. И. Щуров. Группой разработки М-2 руководил М. А. Карцев.

В. В. Белынский и Ю. А. Лавренюк у пульта М-2.

Разработка и монтаж машины были проведены с апреля по декабрь 1952 г. С 1953 г. осуществлялась круглосуточная эксплуатация М-2 при решении прикладных задач. Зимой 1955 г., а затем в 1956 г. машина была существенно модернизирована, после чего она имела оперативную память на ферритовых сердечниках емкостью 4096 чисел. Ферритовая память для М-2 была разработана группой под руководством М. А. Карцева, в состав которой входили О. В. Росницким, Л.В. Ивановым, Е.Н. Филиновым, В.И. Золотаревским.

М-2 представляла собой цифровую вычислительную машину с хранимой программой. При разработке М-2 частично были использованы идеи, воплощенные в одной из первых советских машин М-1, эксплуатация которой началась весной 1952 г. Система команд М-2 была выбрана трехадресная, как наилучшим образом отвечающая организации вычислений (указывались код операции, адреса двух операндов и результат операции). Формат команды - 34-разрядный:

• код операции - 4 двоичных разряда;

• коды трех адресов операндов - по 10 двоичных разрядов (в расчете на емкость оперативного запоминающего устройства - 1024 числа).

Для сокращения записи программ в кодах машины применялась смешанная четверично-шестнадцатеричная система - первые два двоичных разряда адреса записывались в виде четверичной цифры, а последующие восемь разрядов - в виде двух шестнадцатеричных цифр. Система команд М-2 включала 30 различных операций (за счет дополнения собственно 4-разрядного кода операции признаками, указываемыми в адресах, которые не использовались при некоторых операциях).

	И. С. Брук

В составе команд М-2 имелись:

• шесть арифметических операций;

• два вида операций сравнения (алгебраическое и сравнение по модулю);

• семь операций переключения (плавающая точка - фиксированная точка и обратно, нормальная точность - двойная точность и обратно, переключение на фиксированную точку и одновременно на двойную точность и т. д.)

• операция логического умножения двух чисел;

• операции переноса числа, изменения знака числа;

• четыре операции ввода информации;

• три операции вывода информации;

• четыре операции перемотки магнитной ленты внешнего запоминающего устройства;

• операция "стоп".

Представление двоичных чисел в М-2 было как с фиксированной точкой, так и с плавающей точкой. При этом точность вычислений составляла около 8 десятичных знаков при работе с плавающей точкой и около 10 десятичных знаков с фиксированной точкой. Были возможны вычисления с удвоенной точностью. Внутренние запоминающие устройства - основное электростатическое (серийные ЭЛТ) на 512 чисел с временем обращения 25 мкс, дополнительное на 512 чисел - магнитный барабан с частотой вращения 2860 об/мин.

Внешнее запоминающее устройство емкостью 50 тыс. чисел - на магнитной ленте.

Ввод данных - фотосчитывающее устройство с перфоленты. Вывод данных - телетайп.

	УУ и АУ М-2. А. Б. Залкинд

Арифметический узел М-2 параллельного типа с четырьмя триггерными регистрами.

Скорость работы М-2 составляла в среднем 2 тыс. операций/с.

Схемотехника - электронные лампы и полупроводниковые диоды в логических схемах арифметики и управления.

Общее число электронных ламп - 1879, из них - 203 в источниках питания. Питание осуществлялось от 3-фазной сети переменного тока 127/220 В, потребляемая мощность - 29 кВт.

Площадь, занимаемая машиной, - 22 м2. Основные узлы и блоки размещались в четырех шкафах на одном постаменте, в который был вмонтирован шкаф электропитания. Кроме того, машина имела пульт управления со световыми индикаторами состояния триггеров регистров арифметики, селекционного и пускового регистров и тумблерами управления. Система охлаждения - воздушная с замкнутым циклом.

Конструктивно каждый узел машины состоял из отдельных блоков, которые располагались на шасси, прикрепленных к рамам шкафов. Электронная часть машины была собрана на съемных ламповых субблоках с 14-контактными или 20-контактными разъемами. Принятые конструктивные решения обеспечили легкость замены отказавших электронных ламп, контроля и диагностики схем с помощью стендов.

По мере эксплуатации машины, начиная с 1953 года, накапливалось ее программное обеспечение в виде библиотеки стандартных программ и подпрограмм (А. Л. Брудно, М. М. Владимирова при участии А. С. Кронрода и Г. М. Адельсон-Вельского).

На М-2 проводились расчеты для Института атомной энергии (академик С. Л. Соболев), Института теоретической и экспериментальной физики АН СССР (академик А. И. Алиханов), Института проблем механики АН СССР (расчеты прочности плотин Куйбышевской и Волжской гидроэлектростанций), Теплотехнической лаборатории АН СССР (академик М. А. Михеев), Военно-воздушной академии, Артиллерийской академии, института "Стальпроект", предприятия академика А. И. Берга и многих других научных и промышленных организаций. В 1953 г. серьезные вычислительные задачи для нужд обороны страны, науки и народного хозяйства можно было решать на трех экземплярах вычислительных машин - БЭСМ, "Стрела" и М-2.

	УУ и АУ М-2.

Вокруг М-2 сложился неформальный круг программистов, работавших в разных организациях, в который входили Г. М. Адельсон-Вельский, В. Л. Арлазаров, М. М. Бонгард, А. Л. Брудно, М. Я. Вайнштейн, Д. М. Гробман, А. С. Кронрод, Е. М. Ландис, И. Я. Ландау, А. Л. Лунц и другие. Помимо чисто практических приемов программирования вычислительных задач в кодах машины М-2, они занимались программированием игровых задач, задач распознавания и диагностики. Результаты этих исследований привели к находкам оригинальных методов перебора, в частности метода ветвей и границ, построения справочных систем с логарифмическими записью и поиском и т. д.

В первом международном матче шахматных программ победила программа, А. С. Кронрода, В. Л. Арлазарова, разработанная для машины М-2.

Опыт программирования задач в кодах М-2 привел к программированию в содержательных обозначениях (А. Л. Брудно).

Основные особенности М-2

М-2 имела примерно такую же производительность, как ЭВМ "Стрела", но занимала в 6 раз меньшую площадь, потребляла в 8 раз меньше электроэнергии и стоила в 10 раз меньше.

Использование полупроводниковых диодов для построения логических схем арифметики и управления позволило значительно сократить число электронных ламп. Диодная логика, примененная в М-1, М-2 и М-3, в дальнейшем послужила прототипом диодно-транзисторной логики (DTL) ЭВМ второго и третьего поколений.

Идея укороченных кодов команд и кодов адресов в 34-разрядном формате трехадресной команды в сочетании с операциями переключения, которая была предложена и реализована М.А. Карцевым в М-2, послужила в дальнейшем прототипом принципа формирования исполнительных адресов в архитектуре ЭВМ второго и третьего поколений.

Оперативная память М-2 была разработана с использованием 34 обычных электронно-лучевых трубок типа 13 Л037, а не специальных потенциалоскопов (которые применялись в БЭСМ и "Стреле"). Это была сложная инженерная разработка, которую выполнили Т. М. Александриди и Ю. А. Лавренюк, обеспечив требуемые характеристики памяти и избежав трудностей с комплектованием машины специальными потенциалоскопами, которые были у разработчиков БЭСМ.

Магнитный барабан для дополнительного внутреннего запоминающего устройства был разработан (автор А. И. Щуров) и изготовлен в Лаборатории одновременно с разработкой машины.

В качестве устройства вывода информации в М-2 использовался обычный рулонный телетайп. Это решение позволяло обеспечить дистанционную работу М-2. В феврале 1957 г. работа М-2 с удаленным терминалом демонстрировалась в павильоне АН СССР на ВСХВ (ныне ВВЦ).